Eine Ion-Quelle ist ein elektromagnetisches Gerät, das verwendet wird, um beladene Partikeln zu schaffen. Diese werden in erster Linie verwendet, um Ionen für Massenspektrometer, optische Emissionsspektrometer, Partikel-Gaspedale, Ion implanters und Ion-Motoren zu bilden.

Chemische und Elektronionisation

Elektronionisation

Elektronionisation wird in der Massenspektrometrie besonders für organische Moleküle weit verwendet. Die Gasphase-Reaktion, die Elektronionisation erzeugt, ist

:

wo M das Atom des Moleküls ist, das wird ionisiert, das Elektron ist, und das resultierende Ion ist.

Die Elektronen können durch eine Kreisbogen-Entladung zwischen einer Kathode und einer Anode geschaffen werden.

Chemische Ionisation

Chemische Ionisation ist ein niedrigerer Energieprozess als Elektronionisation. Die niedrigere Energie gibt weniger Zersplitterung, und gewöhnlich ein einfacheres Spektrum nach. Ein typisches CI Spektrum hat ein leicht identifizierbares molekulares Ion.

In einem CI-Experiment werden Ionen durch die Kollision des analyte mit Ionen eines Reagens-Benzins in der Ion-Quelle erzeugt. Etwas allgemeines Reagens-Benzin schließt ein: Methan, Ammoniak und isobutane. Innerhalb der Ion-Quelle ist das Reagens-Benzin im großen Übermaß im Vergleich zum analyte da. Elektronen, die in die Quelle eingehen, werden das Reagens-Benzin bevorzugt ionisieren. Die resultierenden Kollisionen mit anderen Reagens-Gasmolekülen werden ein Ionisationsplasma schaffen. Positive und negative Ionen des analyte werden durch Reaktionen mit diesem Plasma gebildet. Zum Beispiel kommt protonation bei vor

: (primäre Ion-Bildung),

: (Reagens-Ion-Bildung),

: (Produktion-Bildung, z.B protonation).

Radioaktive Ion-Quellen

Ein kleines Stück des radioaktiven Materials, zum Beispiel Ni oder Am, kann verwendet werden, um ein Benzin zu ionisieren. Das wird in Ionisationsrauchmeldern und Ionenbeweglichkeitsspektrometern verwendet.

Ionisation der Ion-Verhaftung

Ionisation der Ion-Verhaftung ist der chemischen Ionisation ähnlich, in der ein cation dem analyte Molekül in einer reaktiven Kollision beigefügt wird:

:

Wo M das analyte Molekül ist, X ist der cation, und A ist ein nichtreagierender Kollisionspartner.

Gasentladungsion-Quellen

Diese Ion-Quellen verwenden eine Plasmaquelle oder elektrische Entladung, um Ionen zu schaffen.

Induktiv verbundenes Plasma

Ionen können in einem induktiv verbundenen Plasma geschaffen werden, das eine Plasmaquelle ist, in der die Energie durch elektrische Ströme geliefert wird, die durch die elektromagnetische Induktion, d. h. durch zeitändernde magnetische Felder erzeugt werden.

Mikrowelle hat Plasma veranlasst

Mikrowellen sind zum Aufregen electrodeless Gasentladungen fähig, um Ionen zu schaffen.

Glühen-Entladung

Ionen können in einer elektrischen Glühen-Entladung geschaffen werden.

Funken-Ionisation

Elektrische Funken-Ionisation wird verwendet, um Gasphase-Ionen von einer festen Probe zu erzeugen. Wenn vereinigt, mit einem Massenspektrometer wird das ganze Instrument ein Funken-Ionisationsmassenspektrometer oder als ein Funken-Quellmassenspektrometer (SSMS) genannt.

Geschlossene Antrieb-Ion-Quellen

Diese Ion-Quellen verwenden ein radiales magnetisches Feld in einer Ringhöhle, um Elektronen zu beschränken, für ein Benzin zu ionisieren. Sie werden für die Ion-Implantation und für den Raumantrieb (Saal-Wirkungsträgerraketen) verwendet.

Ionisation von Desorption

Aerosol-Laser desorption und Ionisation

In der Aerosol-Massenspektrometrie der Zeit des Flugs sind nach Größen geordnete feste aus der Atmosphäre herausgezogene Aerosol-Partikeln des Mikrometers gleichzeitig desorbed und ionisiert durch einen genau zeitlich festgelegten Laserpuls, weil sie das Zentrum eines Ion-Ex-Traktors der Zeit des Flugs durchführen.

Schnelle Atom-Beschießung

In der schnellen Atom-Beschießung wird der analytes mit einer unvergänglichen chemischen Schutzumgebung gemischt hat eine Matrix genannt und wird unter dem Vakuum mit einer hohen Energie (4000 bis 10,000 Elektronvolt) Balken von Atomen bombardiert. Die Atome sind normalerweise von einem trägen Benzin wie Argon oder xenon. Allgemeine matrices schließen Glyzerin, thioglycerol, 3-nitrobenzyl Alkohol (3-NBA-), 18 Kronen 6 Äther, 2-nitrophenyloctyl Äther, sulfolane, diethanolamine, und triethanolamine ein. Diese Technik ist der sekundären Ion-Massenspektrometrie und dem Plasma desorption Massenspektrometrie ähnlich.

Feld desorption

Feld desorption bezieht sich auf eine Ion-Quelle, in der ein hoch-potenzielles elektrisches Feld auf einen Emitter mit einer scharfen Oberfläche, wie eine Rasierklinge, oder allgemeiner, ein Glühfaden angewandt wird, von dem sich winzige "Schnurrhaare" geformt haben. Das läuft auf ein sehr hohes elektrisches Feld hinaus, das auf Ionisation von gasartigen Molekülen des analyte hinauslaufen kann. Durch FI erzeugte Massenspektren haben wenig oder keine Zersplitterung. Sie werden durch die molekulare radikale cations M und weniger häufig, protonated Moleküle beherrscht.

Flüssige Metallion-Quellen

In einer Flüssigen Metallion-Quelle (LMIS) wird ein Metall (normalerweise Gallium) zum flüssigen Staat geheizt und am Ende eines Haargefäßes oder einer Nadel zur Verfügung gestellt. Dann wird ein Kegel von Taylor laut der Anwendung eines starken elektrischen Feldes gebildet. Als der Tipp des Kegels werden schärfer, das elektrische Feld wird stärker, bis Ionen durch die Feldeindampfung erzeugt werden. Diese Ion-Quellen werden besonders in der Ion-Implantation oder in eingestellten Ion-Balken-Instrumenten verwendet.

Oberflächenerhöhter Laser desorption/ionization

Oberflächenerhöhter Laser desorption/ionization (SELDI) ist eine Variante von MALDI, der für die Analyse von Protein-Mischungen verwendet wird, die ein Ziel verwendet, das modifiziert ist, um biochemische Sympathie mit der Analyte-Zusammensetzung zu erreichen.

Spray-Ionisation

Atmosphärischer Druck chemische Ionisation

Chemische Ionisation des atmosphärischen Drucks ist eine Form der chemischen Ionisation, die am atmosphärischen Druck stattfindet. Ein Spray des Lösungsmittels wird zu relativ hohen Temperaturen (über 400 Grad Celsius) geheizt, mit hohen Durchflüssen des Stickstoffs zerstäubt, und die komplette Aerosol-Wolke wird einer Korona-Entladung unterworfen, die Ionen schafft. APCI ist nicht eine so "weiche" Ionisationstechnik wie ESI.

Atmosphärische Druck-Photoionisation

Atmosphärische Druck-Photoionisation verwendet eine Quelle von Fotonen, gewöhnlich ein Vakuum UV (VUV) Lampe, um den analyte mit dem einzelnen Foton-Ionisationsprozess zu ionisieren. Analog anderen Ion-Quellen von AP wird ein Spray des Lösungsmittels zu relativ hohen Temperaturen (über 400 Grad Celsius) geheizt und mit hohen Durchflüssen des Stickstoffs für desolvation zerstäubt. Die resultierende Aerosol-Wolke wird der UV Radiation unterworfen, um Ionen zu schaffen.

Atmosphärische Druck-Laserionisation

Atmosphärische Druck-Laserionisation verwendet UV leichte Laserquellen, um den analyte über einen Vielfoton-Ionisationsprozess (1+1 REMPI) zu ionisieren. Die Methode ist zu besonderen Molekülen wie PAHs auswählend.

Ionisation von Electrospray

In der electrospray Ionisation wird eine Flüssigkeit ein sehr kleiner, beladenes und gewöhnlich Metall, Haargefäß durchgeführt. Diese Flüssigkeit enthält die Substanz, die, der analyte zu studieren ist, der in einem großen Betrag des Lösungsmittels aufgelöst ist, das gewöhnlich viel flüchtiger ist als der analyte. Flüchtige Säuren, Basen oder Puffer werden häufig zu dieser Lösung auch hinzugefügt. Der analyte besteht als ein Ion in der Lösung entweder in seinem Anion oder in Cation-Form. Weil wie Anklagen zurücktreiben, stößt die Flüssigkeit sich aus dem Haargefäß und bildet ein Aerosol, einen Nebel von kleinen Tröpfchen ungefähr 10 μm darüber. Das Aerosol wird mindestens durch einen Prozess teilweise erzeugt, der mit der Bildung eines Kegels von Taylor und eines Strahles vom Tipp dieses Kegels verbunden ist. Ein unbeladenes Fremdgas wie Stickstoff wird manchmal verwendet, um nebulize die Flüssigkeit zu helfen und zu helfen, das neutrale Lösungsmittel in den Tröpfchen zu verdampfen. Da das Lösungsmittel verdampft, werden die analyte Moleküle näher zusammen gezwungen, treiben einander zurück und zerbrechen die Tröpfchen. Dieser Prozess wird Spaltung von Coulombic genannt, weil es durch abstoßende Kräfte von Coulombic zwischen beladenen Molekülen gesteuert wird. Die Prozess-Wiederholungen bis zum analyte sind frei vom Lösungsmittel und sind ein bloßes Ion. Die beobachteten Ionen werden durch die Hinzufügung eines Protons (ein Wasserstoffion) geschaffen und, oder eines anderen cation wie Natriumsion, oder die Eliminierung eines Protons angezeigt. Multiplizieren Sie beladene Ionen, die häufig beobachtet werden. Für große Makromoleküle kann es viele Anklage-Staaten geben, mit verschiedenen Frequenzen vorkommend; die Anklage kann so groß sein wie zum Beispiel.

Untersuchen Sie electrospray Ionisation

Dringen Sie forschend ein electrospray Ionisation (PESI) ist eine modifizierte Version von electrospray, wo das Haargefäß für die überwechselnde Beispiellösung durch eine scharf geneigte feste Nadel mit der periodischen Bewegung ersetzt wird.

Schallspray-Ionisation

Schallspray-Ionisation ist Methode, um Ionen von einer flüssigen Lösung, zum Beispiel, einer Mischung des Methanols und Wasser zu schaffen. Ein pneumatischer nebulizer wird verwendet, um die Lösung in einen Überschallspray von kleinen Tröpfchen zu verwandeln. Ionen werden gebildet, wenn das Lösungsmittel verdampft und der statistisch unausgeglichene Anklage-Vertrieb auf den Tröpfchen zu einer Nettoanklage führt und ganzer desolvation auf die Bildung von Ionen hinausläuft.

Ionisation von Thermospray

Thermospray ist eine Form der atmosphärischen Druck-Ionisation in der Massenspektrometrie. Es überträgt Ionen von der flüssigen Phase bis die Gasphase für die Analyse. Es ist in der mit der Flüssigchromatographiemassenspektrometrie besonders nützlich.

Umgebende Ionisation

In der umgebenden Ionisation werden Ionen außerhalb des Massenspektrometers ohne Beispielvorbereitung oder Trennung gebildet.

Ionisation von Desorption electrospray

Ionisation von Desorption electrospray verwendet eine electrospray Quelle, um beladene Tröpfchen zu schaffen, die an einer festen Probe einige Millimeter zu einigen Zentimeter weg geleitet werden. Die beladenen Tröpfchen nehmen die Probe durch die Wechselwirkung mit der Oberfläche auf und bilden dann hoch beladene Ionen, die in ein Massenspektrometer probiert werden können.

Direkte Analyse in Realtime

Eine Direkte Analyse in Realtime funktioniert Quelle, indem sie die Probe zu einem trockenen Gasstrom ausstellt (normalerweise Helium oder Stickstoff), der langlebig elektronisch enthält oder vibronically neutrale Atome oder Moleküle (oder "metastables") erregt hat. Aufgeregte Staaten werden normalerweise in der WURFPFEIL-Quelle durch das Schaffen einer Glühen-Entladung in einem Raum gebildet, durch den das Benzin fließt.

Matrixgeholfener Laser desorption electrospray Ionisation

Matrixgeholfener Laser desorption electrospray Ionisation (MALDESI) ist eine atmosphärische Druck-Ionisationsquelle für die Generation dessen multiplizieren beladene Ionen. Ein ultravioletter oder infraroter Laser wird auf eine feste oder flüssige Probe geleitet, die das analyte von Interesse und die Matrix (UV = organische Säure, IR = aufopferungsvoller analyte oder Wasser der Hydratation) desorbing neutrale analyte Moleküle enthält, die durch die Wechselwirkung mit dem electrosprayed lösenden Tröpfchen-Erzeugen postionisiert werden, multiplizieren beladene Ionen.

Partikel-Gaspedale

In Partikel-Gaspedalen schafft eine Ion-Quelle einen Partikel-Balken am Anfang der Maschine, der Quelle. Die Technologie, um Ion-Quellen für Partikel-Gaspedale zu schaffen, hängt stark vom Typ der Partikel ab, die erzeugt werden muss: Elektronen, Protone, H Ion oder ein schweres Ion.

Elektronen werden mit einer Elektronpistole erzeugt, und es gibt viele Varianten von diesen.

Protone werden mit einem plasmabasierten Gerät, wie ein duoplasmatron oder ein magnetron erzeugt.

H Ionen werden mit einem magnetron oder einer Einpferchen-Quelle erzeugt. Ein magnetron besteht aus einer zylindrischen durch eine Anode umgebenen Hauptkathode. Die Entladungsstromspannung ist normalerweise größer als 150 V, und das aktuelle Abflussrohr ist ungefähr 40 A. Ein magnetisches Feld von ungefähr 0.2 tesla ist zur Kathode-Achse parallel. Wasserstoffbenzin wird durch eine pulsierte Gasklappe eingeführt. Cäsium wird häufig verwendet, um die Arbeitsfunktion der Kathode zu senken, den Betrag von Ionen erhöhend, die erzeugt werden.

Für eine Einpferchen-Quelle führt eine starke magnetische Feldparallele zum elektrischen Feld der Scheide Elektronen und Ionen auf Zyklotron-Spiralen von der Kathode bis Kathode. Schnelle H-minus Ionen werden an den Kathoden als im magnetron erzeugt. Sie werden wegen der Anklage-Austauschreaktion verlangsamt, weil sie zur Plasmaöffnung abwandern. Das macht für einen Balken von Ionen, der kälter ist als die bei einem magnetron erhaltenen Ionen.

Schwere Ionen können mit einer Elektronzyklotron-Klangfülle-Ion-Quelle erzeugt werden. Der Gebrauch von Ion-Quellen der Elektronzyklotron-Klangfülle (ECR) für die Produktion von intensiven Balken hoch beladener Ionen ist im Laufe des letzten Jahrzehnts unermesslich gewachsen. ECR Ion-Quellen werden als Injektoren in geradlinige Gaspedale, Generatoren von Van de-Graaff oder Zyklotrone in der elementaren und Kernpartikel-Physik verwendet. In der Atom- und Oberflächenphysik liefern ECR Ion-Quellen intensive Balken hoch beladener Ionen für Kollisionsexperimente oder für die Untersuchung von Oberflächen. Für die höchsten Anklage-Staaten, jedoch, sind Elektronbalken-Ion-Quellen (EBIS) erforderlich. Sie können sogar bloße Ionen der Mitte schwere Elemente erzeugen. Die Elektronbalken-Ion-Falle (EBIT), die auf demselben Grundsatz gestützt ist, kann bis zu bloßen Uran-Ionen erzeugen und kann als eine Ion-Quelle ebenso verwendet werden.

Schwere Ionen können auch mit einer Ion-Pistole erzeugt werden, die normalerweise die thermionische Emission von Elektronen verwendet, um eine Substanz in seinem gasartigen Staat zu ionisieren. Solche Instrumente werden normalerweise für die Oberflächenanalyse verwendet.

Theorie der Operation

Benzin fließt durch die Ion-Quelle zwischen der Anode und der Kathode. Eine positive Stromspannung wird auf die Anode angewandt. Diese Stromspannung, die mit dem hohen magnetischen Feld zwischen den Tipps der inneren und äußerlichen Kathoden verbunden ist, erlaubt einem Plasma anzufangen. Ionen vom Plasma werden durch die Anode elektrisches Feld zurückgetrieben. Das schafft einen Ion-Balken.

Ion-Quellanwendungen

• Oberflächenreinigung und Vorbehandlung für die große Bereichsabsetzung
• Dünnfilm-Absetzung
• Absetzung von Dicken Filmen des Diamantähnlichen Kohlenstoff (DLC)
• Das Oberflächenanrauen von Polymern für das verbesserte Festkleben und/oder biocompatibility

Siehe auch

• Kalte Kathode
• Heißer Glühfaden
• Ion-Balken
• Ionisation
• Harold R. Kaufman
• Plasmaquelle
• RF Antenne-Ion-Quelle
• Online-Isotop-Massenseparator